Bức xạ Mặt Trời

Bức xạ Mặt Trời là dòng năng lượng và vật chất phát đi từ Mặt Trời đến Trái Đất.

12/11/2013 CHƯƠNG 3: KHÍ QUYỂN III.2 BỨC XẠ Bức xạ sóng ngắn Mặt Trời Bức xạ sóng dài mặt đất khí Cân xạ mặt đất Trái Đất nhìn từ không gian vũ trụ 1: THÀNH PHẦN VÀ CẤU TRÚC CỦA KHÍ QUYỂN 2: BỨC XẠ 3: NHIỆT ĐỘ 4: NƯỚC TRONG KHÍ QUYỂN 5: KHÍ ÁP VÀ GIÓ Cường độ phát xạ   Bức xạ sóng ngắn Mặt Trời Cường độ phát xạ vật tính calo phát từ đơn vị diện tích (1 cm2) bề mặt vật phát xạ thời gian phút Định luật Stêphan Bônsman: Tất vật có nhiệt độ 0oK phát xạ tỷ lệ với lũy thừa bậc bốn nhiệt độ tuyệt đối bề mặt vật E0=σT4 (cal/cm2/phút) T: nhiệt độ tính độ Kelvin  E0 – cường độ phát xạ  σ: số Stêphan Bônsman 0,8157.10-10cal/cm2/phút/K4 Bức xạ sóng ngắn Mặt Trời sóng dài mặt đất a Khái niệm xạ Mặt Trời  Định nghĩa: Bức xạ Mặt Trời dòng lượng vật chất phát từ Mặt Trời đến Trái Đất  Quang phổ xạ Mặt Trời-bức xạ sóng ngắn b Hằng số Mặt Trời Sự suy yếu xạ Mặt Trời qua Khí c Bức xạ Mặt Trời bề Mặt Đất HẰNG SỐ MẶT TRỜI Sự suy yếu xạ Mặt Trời khí qua khí I0=1,98 cal/cm².phút Hằng số Mặt Trời (I0) cường độ BXMT giới hạn khí I0=1,98 cal/cm².phút 12/11/2013 Sự hấp thụ xạ Mặt Trời khí Sự suy yếu xạ Mặt Trời khí qua khí Bị hấp thụ phần tử không khí  Bị tán xạ khí  Bức xạ Mặt Trời bị suy yếu qua khí phụ thuộc vào:   Khối  Độ Hằng số Mặt Trời (I0) cường độ BXMT giới hạn khí I0=1,98 cal/cm².phút Cường độ xạ Mặt Trời (I): lượng Mặt Trời dồn xuống đơn vị diện tích mặt phẳng vuông góc với dòng xạ Mặt Trời đơn vị thời gian (cal/cm²/phút) * Độ cao mặt trời (h0): sinh0= sinφsinδ+cosφcosδcosω * Độ chiếu nắng (I’): lượng xạ chiếu tới đơn vị diện tích mặt phẳng nằm ngang đơn vị thời gian lượng quang học khí - công thức Bughê b Sự suy yếu xạ mặt trời qua khí Bức xạ Mặt Trời suy yếu qua khí tính theo công thức S1 Bughê (Бугер) S2 - m khối lượng quang ☼ học = m2/m1 ☼ a2 a1 - P độ suốt khí Cường độ quyển, P =0,75 xạ mặt trời (I): M2 M m 1 m2 I=I0Pm E h0 G O S1 ☼ S2 ☼ a2 E C a1 M2 C A B D M1 h0 G (h0) độ 90 70 60 50 40 30 20 10 (m) 1.06 1.15 1.30 1.55 2.0 2.90 5.60 10.4 15.3 28.9 35.4 O C A B D sinh0= sin φsinδ+cosφcosδcosω Φ: vĩ độ; δ: xích vĩ; ω: góc c Bức xạ Mặt Trời bề mặt đất Độ chiếu nắng: I’=I sinh0 12/11/2013 Bức xạ Mặt Trời tổng cộng c Bức xạ Mặt Trời bề mặt đất     BXMT tổng cộng Q I+i Trạng thái KQ Bức xạ Mặt Trời khuếch tán i: tia xạ bị va chạm với phần tử khí tạp chất nên bị khuếch tán Bức xạ Mặt Trời trực tiếp I: xạ lại xạ mặt trời không bị khuếch tán Bức xạ Mặt trời tổng cộng Q: bao gồm xạ trực tiếp xạ khuếch tán Bức xạ hấp thụ phản hồi, anbêđô Bức xạ hấp thụ phản hồi- anbêđô BX TC tới mặt đất phần lớn mặt đất hấp thụ chuyển thành nhiệt, phần nhỏ bị phản hồi trả lại khí gọi xạ phản hồi:  q - Bức xạ phản hồi  Q-q Bức xạ hấp thụ A=q/Q*100% Anbêđô  Tăng góc nhập xạ giảm  Trạng thái bề mặt (tính chất vật lý bề mặt)  Độ ẩm  măt nước A tương đối nhỏ, mặt tuyết A lớn Bức xạ hiệu dụng Eh Eh = Eđ - σEk Trong σ hệ số hấp thụ bề mặt đất Bức xạ hiệu dụng phụ thuộc vào yếu tố: Lớp phủ bề mặt, khoảng cách đến khu chứa nước Độ cao tuyệt đối địa phương Nhiệt độ bề mặt đất Vĩ độ Eh (kcal/cm2năm) Trạng thái khí Hoang mạc 80 Trung bình 46 Xích đạo 30 h0 Phân bố theo không gian Giảm từ xích đạo cực max vĩ độ 20-300 Phân bố theo thời gian Tăng dần Mặt Trời mọc Mùa: Qmùa hè>Qmùa đông Cực tiểu hai tâm Áp thấp ôn đới (60) Trong năm khi: h0, mây Tăng theo độ cao Trong năm: vùng nội chí tuyến Bức xạ sóng dài mặt đất khí  Năng lượng xạ mặt đất Eđ Eđ = σT4 (cal/cm2/phút)  Bức xạ nghịch khí Ek - Mặt đất hấp thụ 99% Nó nguồn nhiệt quan trọng làm mặt đất đỡ lạnh vào ban đêm Ek tỷ lệ thuận với độ ẩm không khí, lượng mây  Bức xạ hiệu dụng Eh - Cân xạ mặt đất B=QTC(1-A)-Eh Biến đổi theo không gian thời gian 12/11/2013 Cân xạ mặt đất (B) (dao động từ 10-120 kcal/cm2.năm) Cân xạ mặt đất Bức xạ sóng ngắn Mặt Trời Bức xạ sóng dài Bức xạ MT suy yếu qua khí I0 I Bức xạ MT tổng cộng Q i Mặt đất phản xạ q Mặt đất hấp thụ Q-q Eđ Thay đổi theo thời gian Thay đổi theo không gian Tăng MT mọc, max lúc 13-14 Ở đại dương>lục địa ĐD nóng: 100-120 B=0 sau lúc MT mọc, trước lúc MT lặn Lục địa nóng: 60-90kcal/cm2.năm B mùa hè>B mùa đông Giảm từ xích đạo cực Nội chí tuyến: max, Eh=Eđ-Ek Ek B=(Q-q)-Eh Giảm theo độ cao Ngoại chí tuyến: max, III.3 Nhiệt độ Cân nhiệt bề mặt đất Các trình thu chi lượng: Sự biến đổi nhiệt không khí, đặc biệt lớp không khí sát mặt đất chủ yếu biến đổi nhiệt mặt đất gây thông qua trình chủ yếu sau: Hấp thụ xạ Ngưng kết bốc hơi: chuyển pha nước Truyền dẫn: dẫn nhiệt từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp (bề mặt đất xuống tầng đất sâu hơn) Trao đổi: loạn lưu, đối lưu (không khí, bề mặt đất) Vào ban ngày: Phần nhiệt lượng đến bề mặt đất: QT  Phần nhiệt lượng đi: - Phản xạ: Spx - Bức xạ hiệu dụng : Eh - Nhiệt chi cho bốc hơi: LE - Nhiệt hao tổn chuyển động loạn lưu: P - Nhiệt truyền xuống tầng sâu hơn: A0  PT cân nhiệt bề mặt trái đất: Qng = QT - Spx –Eh – LE – A0 – P  B P LE A0 C©n b»ng nhiÖt mÆt ®Êt ban ngµy Cân nhiệt bề mặt đất Vào ban đêm:  Phần nhiệt lượng đến bề mặt đất: - Nhiệt ngưng kết: LE - Nhiệt loạn lưu: P - Nhiệt tầng sâu truyền lên: A0  Phần nhiệt đi: - Bức xạ hữu hiệu: Eh  PT cân nhiệt: Qđ = LE +A0 +P – Eh B P LE Sự thay đổi nhiệt độ theo phương thẳng đứng a Gradien nhiệt độ thẳng đứng: b Quá trình đoạn nhiệt: * Quá trình đoạn nhiệt khô * Quá trình đoạn nhiệt ẩm * Quá trình đoạn nhiệt giả A0 C©n b»ng nhiÖt mÆt ®Êt ban ®ªm 12/11/2013 Sự thay đổi nhiệt độ theo phương thẳng đứng a Gradien nhiệt độ thẳng đứng: t t t   c t  zc  zt 100 • Sự thay đổi nhiệt độ theo phương thẳng đứng a Gradien nhiệt độ thẳng đứng:   độ/100m Theo chiều sâu đất: • Biên độ biến thiên nhiệt độ theo ngày năm giảm dần theo độ sâu • Mùa hạ nhiệt độ giảm theo chiều sâu, mùa đông ngược lại Sự thay đổi nhiệt độ theo phương thẳng đứng b Quá trình đoạn nhiệt không khí: trình diễn thay đổi trạng thái khối không khí, trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh (liên quan đến thay đổi áp suất không khí) • t c  tt t  zc  zt 100 độ/100m Theo chiều cao khí quyển: • t  0,6oC b Quá trình đoạn nhiệt: Quá trình đoạn nhiệt có thể: Quá trình thăng, trình giáng, chia làm loại chuyển động: - Chuyển động thăng giáng động lực: - Chuyển động thăng, giáng nhiệt lực: Khi không khí bốc lên, dãn nở, sản sinh công nên nhiệt, dẫn tới nhiệt độ giảm Khi không khí xuống, bị nén, lượng giải phóng nên nhiệt độ tăng Quá trình đoạn nhiệt khô b Quá trình đoạn nhiệt    Quá trình đoạn nhiệt khô Quá trình đoạn nhiệt ẩm Quá trình đoạn nhiệt giả Ta có k= 0.98 ~ 10/100m Không khí khô hay chưa bão hoà ẩm Không khí khô bốc lên lạnh đoạn nhiệt, 100m giảm 1oC Không khí khô xuống 100m tăng 1oC 12/11/2013 Quá trình đoạn nhiệt khô – công thức Foát-xông Phương trình xác định nhiệt độ không khí điểm bất kỳ: z z Tz  Tz   k 2 100 Quá trình đoạn nhiệt ẩm Trong không khí có nước (bão hoà ẩm) Sự thay đổi nhiệt lượng: - Nhiệt lượng chi cho trình tăng nhiệt độ không khí - Chi cho trình thay đổi áp suất - Được Cung cấp trình ngưng tụ nước Đồ thị biểu diễn trình đoạn nhiệt khô Z a z k T T Quá trình đoạn nhiệt giả znk  T0 T